新式超级武器 - 美军全球科技构想:3D打印和激光武器是关键

时间:2013-07-24 17:46来源:互联网作者:Savita 点击:
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摘要:前美国空军首席科学家马克·梅伯里在6月份的一份报告中写道,为了生存,空军将需要采取一些“改变游戏规则”的战略,从而在2027年前应付不断出现的挑战和全球威胁。这可能包括采取一些私营太空企业所采用的快速采购策略,更多利用激光和其他定向能武器,以及使用3D打印等先进的制造技术。

关键字:激光,3D打印,激光武器

    据美国《防务新闻》周刊网站7月22日报道,前美国空军首席科学家马克·梅伯里在6月份的一份报告中写道,为了生存,空军将需要采取一些“改变游戏规则”的战略,从而在2027年前应付不断出现的挑战和全球威胁。这可能包括采取一些私营太空企业所采用的快速采购策略,更多利用激光和其他定向能武器,以及使用3D打印等先进的制造技术。

    美媒称,未来美国空军的规模可能比目前略小,它将更依赖遥控飞机。亚洲崛起和迅速增加的太空发射会让它面临越来越多的挑战。随着美国培养的科学家、工程师和其他高技能毕业生减少,美国空军将奋力维持它的技术优势。

    美国空军的新任首席科学家迈卡·恩兹利7月11日在空军协会主办的早餐会上说:“如果我们假定未来将同今天一样,我想我们会错得离谱。即使在下一个十年,未来环境将的确存在一些重要的潜在威胁,我们需要意识到它们的存在,并要谨慎思考。”

    6月份的这份报告题为《放眼全球:美国空军的全球科技构想》。梅伯里在报告中说,到2027年,美国空军的有人驾驶飞机的规模可能略有缩减。但是空军的遥控飞机和无人机任务可能将大幅增长。恩兹利说,由于无人机成本大幅下降,美国还要注意世界范围内无人机的扩散问题。

    该报告说,今天大部分无人机是为了执行情报、监视和侦察任务而设计的,但是各国正在大量投资研制作战无人机。报告说,一些无人机或许能投放化学、生物和核武器,美国需要研发各种技术以探测和击败它们。报告说,先进的战斗机也可能在全世界扩散,这会让美国享有的空中优势减小。到2025年,70%的外国空军作战部队将装备第四代和第五代战机,敌人也可能获得现代化系统,比如先进的导弹和其他可以挑战美国空军的武器。

    报告还说,美国空军要对抗其他国家不断加强的空中能力,一个可能的途径是研发和部署高能激光武器。

    梅伯里表示,如果飞机拥有更具适应能力的结构,包括可以“即插即用”的模块化传感器和探测装置等部件,这将让空军可以快速升级武器系统。然而,除非空军加强网络安全,否则这种方式自身也存在威胁。他认为,要让未来空军的采购程序变得更加灵活,空军需要向一些私营太空探索企业学习经验。

    恩兹利说:“我们的技术必须具备更多灵活性。我们不能仅仅建造固定不变的系统。或许我们未来有一天将对它进行更新。我们必须确保我们的系统能以模块化的方式来打造,这样它们能非常有效地进行现代化升级。”

    该报告还强调称,美国不断缩减的制造业基础会危害空军设计、研发、制造和部署先进技术的能力。但是3D打印的崛起可以帮助抵制这种衰退。例如,3D打印可以让研究人员迅速打印原型机所需要的部件。作战人员可以通过3D打印迅速获得部件来修补战斗中受损的系统。

    梅伯里还非常关心世界范围内对顶级科学家和工程师的争夺,以及美国科学、技术、工程和数学领域毕业生数量的减少问题。他说,这可能损害美国在新技术研发方面的优势。

    一、3D打印技术:助推未来军事新变革

    3D打印技术又称为“快速成型技术”或“增材制造技术”,诞生于上世纪80年代末,主要是以数字模型文件为基础,通过材料叠层添加构造三维物体的变革性、数字化增材制造技术。与传统制造业的“减材制造技术”相比,3D打印技术具有制造成本低、研制周期短、生产效率高等明显优势,已成为引领未来全球制造业发展趋势的关键词,广泛应用于传统制造业、航空航天、生物医学、文物保护、食品行业、建筑设计、文化创意和配件饰品等领域。

    2012年,美《时代》周刊将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。英国《经济学人》杂志则认为,3D打印技术将与数字化生产模式一同成为引发第三次工业革命的关键因素。2012年底,美国《外交政策》杂志网站刊登的题为《今日未来武器——2013年值得关注的五种武器》的文章中,3D打印武器排在榜首!

    可以设想,作为先进制造技术之一,3D打印技术所具有的数字化、智能化、个性化、定制化的核心理念,必将引发一场划时代的军事技术革命和作战方式变革。当前,以美国、欧盟为代表的世界主要军事强国已经嗅到了这股浪潮的气息,纷纷制定标准、研发技术、推广应用,以期在新一轮军事变革中占据有利位置。在未来信息化战争中,3D打印技术的成熟应用,对推动军队建设和保障方式发展将产生积极而深远的影响。

    武器装备实现随时、随地、按需生产

    3D打印技术给武器装备带来的变化无疑是革命性的。它可直接用于战场武器装备的维护与保障。在未来信息化战场上,技术保障人员可随时利用携带的3D打印机,直接把损毁的武器装备部件打印出来,装配后可重新投入战场。可以预见,未来不仅小型枪支、简单物资可实现打印,军舰、飞机、坦克等大型、复杂的武器装备,甚至军事基地等都可用3D打印机直接或间接“制造”出来。

    当前,它已开始在战争中小试牛刀。外媒报道称,美国陆军2011年就向阿富汗部署了3D打印移动实验室,为士兵现场创建工具和其他设备。该实验室能通过使用3D打印机和计算机数字控制设备将铝、钢材和塑料生产加工成所需零部件,从而实现在战区内快速生产原型产品。美国陆军计划通过这种做法增强单兵作战、战区巡逻以及小型前线作战基地的可持续能力。同时,美国陆军也在加速3D打印技术实战化部署,以提高战时装备保障能力,降低武器装备造价成本,增强持续战斗力。

    与武器装备生产的传统工艺模式不同,3D打印技术集概念设计、技术验证与生产制造于一体,这必将极大缩小武器装备从“概念”到“定形”的时间差,从而加快武器装备的更新周期,实现随时、随地、按需生产。有媒体报道,歼-10战斗机研发用了近10年时间,而运用3D打印技术后,我国在3年时间内就推出了舰载机歼-15,直接跨入第三代舰载战斗机方阵。目前,3D打印技术已被全面应用于歼-20隐形战斗机和歼-31第五代战斗机的研发中。不容置疑,3D打印技术正在制造空军发展的“中国速度”。

    而美国政府为重振制造业建立的15所3D打印技术研究院中,有2所归国防部控制,专注于开发建造军队数字资料库和新型金属材料,用来简化制造“复杂的武器系统”。

    实现后勤保障革命性变化

    未来信息化战争中,3D打印技术的重要价值还在于使得战场保障方式发生革命性变化:将由以依托后方为主,变为以阵地“DIY”为主,即由作战人员在战地自助生产行动所需的后勤药品、食品和物资等。据2012年4月美国国防部公布的《政府计划》,美军期望在非战争军事行动中,通过3D打印技术现场制造出能够满足实际所需的食品、药品和装备,从而率先实现后勤保障的革命性变化。

    战场“零伤亡”愈来愈成为世界各国军队追求的理想目标,其努力途径之一就是及时有效的医疗救护,以提高伤员的生存概率。但受战场时间、空间、环境等诸多不确定因素的制约,战场应急救护往往难以实现效果最佳化。应用3D生物打印技术对受损关节、部位甚至器官进行小批量、数字化的定制,能够最大限度地满足不同伤员的医疗需求。目前,通过该技术打印的无生命修复形式已广泛应用于医疗行业。可以想象,随着3D打印技术与医学影像建模、仿真技术的完美结合,以及生命物体在结构、材料和活性上的有机统一,3D打印骨植入物、活性软骨、心脏瓣膜,甚至在人体内直接打印活性组织和人体器官,将成为挽救官兵生命的“诺亚方舟”。

    在恶劣的战场环境、频繁的作战行动和有限的保障方式下,官兵的饮食问题难以做到科学、营养,在很大程度上不仅影响了官兵士气,更削弱了战斗力。利用装配触摸屏、内置记忆卡、智能数控系统、网络连接设备的3D食品打印机,通过微型皮肤植入物科学系统地记录每一名官兵在作战行动中的心跳、体重、情绪、睡眠质量和燃烧卡路里等无线信号流,经过生物统计数据和精确数控,根据不同作战人员每日不同的需求量和饮食喜好,为其量身“打印”营养成分比例合理的新鲜、健康食物,保障官兵在恶劣环境下的饮食更安全、更营养。

    后勤补给是战场上最易遭受攻击的薄弱环节。美军认为,3D打印机与战场网络、无人驾驶运输直升机或汽车相结合将彻底解决这一问题。无人驾驶运输直升机或汽车能够源源不断地将物资原料前运至基地,在无线战场网络传递的三维设计图指导下,3D打印机可以快速制造出需要的军需物资,实现对库存变化和战场需求做出快速反应。美国陆军正计划通过这种做法增强单兵作战、战区巡逻以及小型前线作战基地的可持续作战能力。

    如虎添翼的太空“利器”

    随着世界各国政治、经济和军事利益空间的不断拓展,太空已上升至国家安全战略的高度,成为争相探索、开发的重要领域。与此同时,发展低成本、响应型太空任务也成为了各国面临的严峻挑战和现实课题。

    众所周知,宇宙飞船内可谓是真正的“寸土寸金”,由于携带备用零件会增加飞船的体积和重量以及受到宇宙中失重环境的影响,一旦飞船内某个零部件出现故障,及时进行更换是十分困难的。而3D打印技术可以制造过去认为复杂而不经济的产品,并大大减轻产品重量。与机器制造出的零件和产品相比,3D打印的产品更加精细轻盈,打印出来的产品重量要轻60%,而且没有与其功能无关的剩余物。如果利用安装在飞船中的3D打印机,宇航员们就只需携带金属丝物料按需打印所需零部件,问题便可迎刃而解,既节省了空间又减轻了负载。2012年7月,美国“太空网”透露,美国宇航局和国防部正在测试新一代3D打印机,可以使宇宙飞船在绕地球飞行时制造设备零部件。

    同时,3D打印技术也为人类在月球上活动提供了可能。据英国《每日邮报》报道,2013年2月欧洲航天局宣布,计划让机器人携带3D打印机“空降”到月球上,利用3D打印技术将月球上的原始土壤转变成建筑材料,建立首个人类基地,并有望在未来40年内投入使用。

    美军已部署到战区

    如今,3D打印技术已经被大量应用于美军武器装备的研发之中。美国军方已应用3D打印技术辅助制造导弹用弹出式点火器模型,并取得了良好的效果。

    美国海军还在寻求通过在机器人体内植入3D打印机,便能够使机器人半自动化地实现“相互沟通、协作以及制造”等能力。换句话说,美国海军希望能够利用机器人来生产更多的机器人。此外,美国GE航空已应用3D打印技术制造终级喷气发动机,并将所有的专门技术应用于下一代的军用发动机上,能够自动地将高推力模式转换到高效率模式。

    美国陆军也在加速3D打印技术实战化部署,以增强持续战斗力。目前,美国陆军已经加入扩展3D打印行动,向阿富汗部署移动实验室,配备了原型设计和印刷设备,可以为士兵现场创建工具和其他设备。移动实验室由一个集装箱制成,配备成型机、3D打印机和其他制造工具,可现场操作,大大缩短制造过程。

    今年1月,美国陆军快速装备部队将其第2个移动实验室部署到战区,此举可帮助设计人员利用计算机辅助设计软件在战区快速生产原型产品,其目的在于加速设计和生产的进程。美国陆军计划通过这种做法增强单兵作战、战区巡逻以及小型前线作战基地的可持续能力。

    3D打印“热”下的“冷思考”

    3D打印技术是对人类控制能力极限的挑战和展示,其实质是制造业向智能化不断演进的历程。当前,我国制造业正面临转型升级挑战,信息化和工业化的深度融合为这一进程提供了前所未有的机遇。

    受技术装备、新型材料、设计软件、质量安全、公共环境等制约和影响,尽管3D打印技术已成功地将传统复杂的生产工艺简单化,将材料领域的疑难问题程序化,但目前仅适用于少批量、小尺寸、高精度、造型复杂的零部件和元器件的加工制造,还难以代替传统制造业大规模、大批量的加工制造优势。

    尤其是在军事领域,目前3D打印技术虽然可能生产出手枪、子弹等武器,但远达不到实战标准,它大部分情况下将被应用于武器装备的概念设计、技术验证等。只有将3D打印技术的个性化、复杂化、高难度的特点与传统制造业的规模化、批量化、精细化相结合,与制造技术、信息技术、材料技术和生命科学技术相结合,才能不断推动3D打印技术在军事领域的创新发展。

    二、美无人机激光武器摧毁俄S-300防空导弹

    近日,美国通用原子航空系统公司公开其最新无人战机产品 “捕食者”(Predator)系列长航时多用途UAV(无人机)最新改型----“捕食者”C无人战机宣传视频。

    视频中,该机在卫星支持下使用SDB制导炸弹毁了敌方通古斯卡野战防系统、S-300防空导弹阵位,还使用了机载激光武器摧毁来袭导弹,战力表现相当强悍。现实中的捕食者C无人战机还没有配备机载激光武器,视频中的激光作战场面只是未来发展中需要具备的能力。

    三、美军对激光武器寄予厚望

    美国军队近期将获得一种新式超级武器。若干专家从中窥见了华盛顿未雨绸缪的野心,它希望借此提升自己在下一轮科技博弈中的实力。此番亮相的超级武器就是固体激光装置,有媒体称,它如同“焊枪”一般,能在顷刻间将目标烧为灰烬。无需望眼欲穿,2014年,这种激光装置便将会出现在美军驻波斯湾的军舰上。

    它比原计划提前两年问世,这自然要归功于相关领域科研、试验及设计工作的神速进展。据称,激光武器能有效摧毁军用快艇及无人机,当前的软肋在于功率有限,尚难以摧毁超音速战机及处于飞行末段的导弹,然而,攻克上述瓶颈只是时间问题。

    华盛顿自2007年便开始为海军研制激光武器,使用的是固体激光装置,它不能摧毁远距离目标,但却非常适合攻击中短距离内的小型飞机。此外,它还可以摧毁军舰及无人机的光学侦察系统,目前,它正处于进一步的调校之中,即将进入海军长期服役。

    然而,激光武器存在一些难以弥补的先天不足。它只能摧毁可视目标,倘若目标处于视野之外,或是被其他东西遮挡,便束手无策了。无人机只要涂上反射涂层,也会令激光武器望而兴叹。尽管有上述软肋,但激光武器的前景是毋庸置疑的,威胁也不容小觑,因而被美军寄予厚望。

    华盛顿当前急需维持其超级大国的地位及颜面,在军事技术领域将地缘政治对手远远抛在身后成为当务之急。美国需要一个飞跃,或者说是实现飞跃的契机。如今,核武器已走下神坛。当然,拥有它的国家屈指可数,但这已非美国独揽的技术。非但如此,不仅是美国,安理会的其他成员国也在失去对核武器的垄断,尽管它们不遗余力,试图通过核不扩散条约压制该领域内的竞争,但收效甚微。

    值得一提的是,缺乏超级武器的超级大国是不存在的。具备比他国高出一筹的军事实力,是成为超级大国不可或缺的要素之一。军事专家维克托·利托夫金指出,这也正是美国人为何对在军事技术竞赛、在新武器实战使用方面占得先机、拔得头筹如此孜孜以求的原因。

    他认为,核武器时代很快将走向尽头,新武器会取而代之:激光武器、辐射武器以及无线电电子战武器等,它们摧毁的是敌人的导航、侦察及目标提示系统。现代战争已离不开对上述系统的使用。新战争的问题并不在于你用的装甲是否足够厚,而是在于让武器装备都无法移动,让发动机失灵,让光学设备“无法眼观六路”,让飞机无法起飞等。众多专家都认同这才是军事技术未来的发展方向。

    美军2014年将在部署中东运输舰上装激光武器

    美国海军前官员4月8日宣布,美国海军第五舰队将于2014年初在“庞塞号”运输舰上安装和部署海上固体激光武器(SSL)。

    一位官员称,美国海军研究局和海军海上系统司令部基于激光武器系统共同开发的这款具备快速反应能力的武器系统将被部署到“庞塞号”上。“庞塞号”曾是一艘两栖运输舰,目前被改造成美国海军在波斯湾的漂浮基地。

    美国海军作战部长乔纳森·格林纳特上将在海军联盟2013年海空世博会上告诉与会记者,这种激光炮主要用于应对无人机(UAV)和小型敌舰。

    “庞塞号”将把这种固态激光武器的快速反应能力直接安装到其标准武器发射系统的位置。它可以直接用于连接船上的战斗系统,就像传统舰载海军武器系统一样,水手们可以对目标进行探测和跟踪。

    “我们并没有在船上安装更多的雷达和传感器,我们利用了那些已安装的武器。”海军少将海军海上系统司令部海上系统工程的首席工程师托马斯·艾克尔斯说。

    由纤维激光器构成的激光武器系统以前曾安装在驱逐舰“杜威”号上,此系统在最近的海军演习中成功击落三架海军无人机。

    海军少将海上研究负责人马修说,这种激光武器发射一次的成本只需大约1美元,与花费几十万美元成本的发射导弹相比,其优势显而易见。

    这种激光武器系统自2007年开始升级,美国海军花费了约四千万美元来升级它的系统和集合硬件。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:光粒网 )
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